¿Qué es la Fabricación Aditiva?
La Fabricación Aditiva, comúnmente conocida como Impresión 3D, consiste en fabricar objetos a partir de un archivo 3D, generalmente capa tras capa, con un enfoque radicalmente diferente a la fabricación sustractiva u otras técnicas de fabricación más tradicional. Permite fabricar productos con geometrías complejas, prácticamente imposibles con otras tecnologías y crear piezas completamente funcionales, ligeras y personalizadas, adaptadas a las necesidades o gustos específicos de cada cliente.
Algunas otras ventajas excepcionales que aporta la fabricación aditiva son:
- Permite la integración de piezas, reduciendo sustancialmente el tiempo de montaje.
- Permite la reducción de peso, depositando material sólo donde se necesita.
- Hace posible mejoras funcionales mediante la modificación del interior de los componentes, por ejemplo con canales internos curvos que optimizan el flujo de fluidos o el intercambio o disipación de calor, o con meso-estructuras o estructuras lattice, que permiten modificar las propiedades macroscópicas de un cuerpo frente a las del material base del que está fabricado.
En este punto, vale la pena aclarar cómo y cuándo utilizar los términos de impresión 3D y fabricación aditiva (AM). Aunque los dos se refieren a la misma tecnología, la fabricación aditiva es más comúnmente utilizada para referirse al de la tecnología en el ámbito industrial, mientras que el término impresión 3D se utiliza de forma más general y con más frecuencia en bienes de consumo.
La impresión 3D no es tecnología nueva, de hecho, surgió a mediados de los años 80 y se ha utilizado durante décadas en prototipado rápido (Rapid Prototyping) en las diferentes fases de desarrollo de un producto. Sin embargo, en los últimos años ha experimentado un gran crecimiento, debido por un lado a la liberación de patentes de los procesos más utilizados – FDM (modelado por deposición fundida) y SLA (Estereolitografía), y por el otro, por el desarrollo de nuevos procesos y materiales, incluyendo la fabricación aditiva con metales, que está impulsando el uso de esta tecnología en la fabricación de componentes finales completamente funcionales.
Otra ventaja relevante de la fabricación aditiva que merece la pena mencionar, en este caso contemplando el ciclo de vida completo del producto, es que permite la fabricación justo cuando se produce la necesidad y directamente en, o cerca, del punto de consumo. Así, se reduce la necesidad de utillajes, moldes y matrices, o grandes almacenes con productos semielaborados. En resumen, la fabricación aditiva permite la optimización de stocks, la reducción de almacenes físicos y, en consecuencia, la inmovilización de medios y capital. De esta forma contribuye a la sostenibilidad, optimizando toda la cadena de valor de producción y logística, tanto en el entorno doméstico como en las pequeñas y grandes corporaciones.
¿De verdad se imprime en 3D?
En los últimos diez años, la industria de la fabricación aditiva ha pasado de la fabricación de prototipos a la producción de piezas finales, donde la complejidad y los requisitos de calidad son mucho mayores. Por otro lado, el sector industrial está evolucionando desde la producción en masa a bajo costo hacia una producción más personalizada. Es aquí donde la fabricación aditiva proporciona una solución clara, mediante una mayor eficiencia energética y material, puede desempeñar un papel fundamental en el cambio del paradigma de fabricación, ayudando a abordar los desafíos sociales de nuestro tiempo, como el calentamiento global, el ahorro energético o la disminución del consumo de recursos.
El aeroespacial es uno de los sectores que mayor impulso ha dado a la fabricación aditiva. En este sentido, ya en 2016, GE (General Electrics) inauguró un centro de investigación en los EE.UU. con una inversión de 32 millones dólares. Varios de sus componentes fabricados con tecnologías aditivas han sido ya autorizados por la Administración Federal de Aviación (FAA) de los Estados Unidos, para ser integrados en una nueva generación de motores a reacción y la producción hoy en día alcanza las 100.000 piezas mediante Fabricación Aditiva.
En la actualidad, podemos decir que algunas tecnologías de fabricación aditiva ya están en plena industrialización. El 51% de las empresas industriales utiliza la impresión 3D en algún momento del ciclo de vida del producto, el crecimiento anual acumulado del mercado supera el 20%, llegando incluso al 30% de crecimiento anual en áreas como la fabricación aditiva en metal o los sistemas automatizados y la cifra de mercado se prevé que se duplique en solo 4 años.
Un dato muy relevante a tener en cuenta es que, a día de hoy, las piezas funcionales superan ya un tercio de la producción frente a la utilización en prototipos, útiles, plantillas o moldes, y es precisamente esta aplicación en pieza final la que está empujando y multiplicando el uso de la fabricación aditiva en sectores industriales.
Su utilización por sectores lo lidera el uso industrial en fabricación de maquinaria y procesos industriales, como las aplicaciones en útiles de montaje, moldes, prototipos, modelos de fundición, soportes o envases personalizados o piezas finales en inyectores, elementos de intercambiadores de calor y otras aplicaciones que veremos en detalle en el apartado de aplicaciones.
A continuación, le sigue el sector aeroespacial. El tamaño de las series, no muy grandes, y el aligeramiento de peso posible gracias a la fabricación aditiva hace especialmente atractiva esta tecnología en un sector en el que el ahorro de un solo kilogramo de peso en una pieza supone cientos de miles de euros de ahorro en combustible durante la vida de operación del avión y una reducción drástica de los gases contaminantes emitidos al medioambiente. Esta ventaja de optimización de peso se multiplica aún más en las aplicaciones espaciales, en las que poner un solo kilo en el espacio puede costar hasta un millón de euros si consideramos las misiones interplanetarias. Las aplicaciones en piezas de interior de avión son cada vez más numerosas y se incrementará aún más cuando se establezcan los marcos regulatorios adecuados a la tecnología para la certificación de componentes plásticos y metálicos.
En el sector médico y dental la fabricación aditiva está presente ya desde hace años y el ejemplo más claro son los ‘aligners’ dentales utilizados en ortodoncia, o los modelos de órganos utilizados en la preparación de operaciones quirúrgicas. La personalización es claramente el principal ‘driver’ o ventaja que aporta la tecnología frente a cualquier otra.
Con respecto a la evolución de los equipos de fabricación aditiva, se espera una reducción de los precios de los equipos más convencionales de entre el 25% y el 45% hasta 2023. Sin embargo, se mantendrá el alto precio para aquellos equipos capaces de proporcionar una mayor velocidad de fabricación, el uso de cámaras de fabricación más grandes (con capacidad para imprimir piezas de gran volumen) o aquellos que incorporen mayor grado de automatización que permita la carga y descarga automática de las piezas en la máquina
Otro de los retos de las tecnologías aditivas es el de aumentar la velocidad de deposición y la productividad. Los principales desarrollos se centran en varios puntos clave: láseres con mayor potencia o equipos que utilizan más de un láser para trabajar en paralelo o para seguir diferentes estrategias de deposición. También se esperan avances en las tecnologías de deposición, mediante la implementación de deposición simultánea en varios puntos, debido a las ventajas que brindaría hacia el aumento de la velocidad de fabricación y la eliminación de las limitaciones de tamaño de la cámara. Otra opción para reducir el tiempo del proceso es el uso de sistemas que permiten una deposición más rápida del material, o la implementación del proceso de deposición y fusión simultáneamente.
La demanda de máquinas híbridas está creciendo cada vez más, dado que integran las dos funciones de fabricación aditiva y sustractiva, mejoran la productividad y reducen el tiempo de inactividad. También estamos presenciando desarrollos de otros conceptos novedosos de modularización e integración, que proporcionan flexibilidad (combinando e integrando procesos), cámaras de fabricación más grandes, integración de etapas de postproceso o estaciones de manipulación o descarga automatizada que pueden reducir significativamente costes de producción.
Los retos en el desarrollo de nuevos materiales, en la mejora de la precisión o el acabado superficial y el establecimiento de normas y estándares de certificación son desafíos complementarios que también deben resolverse para que la adopción generalizada de estas tecnologías por parte de la industria sea factible. También el incremento de la cantidad y complejidad de aplicaciones futuras está impulsando el desarrollo de soluciones para el control de los procesos de fabricación, para garantizar la seguridad y la trazabilidad de los componentes fabricados con miras a su uso como componentes finales.
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